NO20130095A1 - Mikrosensor for kvikksolv - Google Patents

Abstract

Metoder og anordninger for deteksjon av en konsentrasjon av ett eller flere elementer i hydrokarbon og/eller naturgass i en olje- og gassfeltanvendelse. Anordningen inkluderer en mikrostruktur med lav termisk masse suspendert inni en kanal, hvor mikrostrukturen inkluderer et støttelag og et isolasjonslag, en regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med støttelaget for mikrostrukturen, hvor den regulerbare varmeenheten varmes kontrollerbart opp til en eller flere frigivelsetemperaturer for det ene eller flere elementene; et sensorlag arrangert på isolasjonslaget for å absorbere molekyler fra det ene eller flere elementet(ene) fra hydrokarbon og/eller naturgass; en deteksjons- og resistansmåleenhet i kommunikasjon med sensorlaget for måling av resistansendringer forårsaket av absorbering av molekyler fra det ene eller flere elementet(ene) på sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur, og lagring av dataene på en prosessor.

Description

MIKROSENSOR FOR KVIKKSØLV

BAKGRUNN

[0001] Denne patentbeskrivelsen er generelt relatert til olj e- og gassfeltanvendelser. Mer bestemt er denne patentbeskrivelsen relatert til utstyr og metoder for deteksjon av kvikksølv i hydrokarbonvæsker og/eller naturgass i olje- og gassfeltanvendelser.

[0002] Det finnes mange tilnærminger til utviklingen av sensorer for deteksjon av konsentrasjoner av valgte komponenter i gassb landinger, f eks. fastslås kvikksølv- og hydrogensulfidkonsentrasjoner ved bruk av kalddamps atomfluoriseringsspektroskopi (CV-AFS) og kalddamps atomabsorbsjonsspektroskopi (CV-AAS), som, selv om de er ekstremt sensitive, har visse alvorlige begrensninger. Disse metodene brukes i laboratorier og kan vanskelig brukes i brønnen eller selv i et nedhullutstyr. Det finnes andre metoder for å fastslå kvikksølv- og hydrogensulfidkonsentrasjoner, som røntgenfluorisering, nøytronaktivitets-analyse, atomemisjonsspektroskopi og massespektroskopi. Disse er imidlertid alle nyttige for bruk i laboratoriet og er ikke egnet for anvendelse i oljefeltet, slik som i brønn- og/eller nedhullutstyr.

[0003] Typisk fanges kvikksølv på gull, sølv eller et aktivert kull for å fastslå konsentrasjonene og prøvetakingsformål. I olje- og gassindustrien, brukes gullsammensetninger i prøvetakningen og videre analyse finner sted i et fjerntliggende laboratorium, vekke fra brø nnen og/eller nedhulls.

[0004] Noen av de kjente tilnærmingene til utviklingen av en kvikksølvsensor inkluderer bruken av tynnfilm gass-sensorer utviklet for å detektere en valgt komponent i en sammensatt gass. En tynnfilm gass-sensor formes f eks. av et passende superlederende materiale hvor den elektriske resistiviteten endres i respons på adsorbering av den valgte komponenten. Tynnfilm gass-sensoren kan inkludere et tynt gullmetallfilmlag plassert på et substratum, hvor resistiviteten til gullet endres i respons på adsorbering av kvikksølv. Den elektriske resistiviteten til gullfilmen eksponert for gassen måles deretter og kan gi grunnlag for å fastslå konsentrasjonen av den valgte komponenten.

[0005] Adsorberingen av kvikksølv til gull som en overflateprosess kan resultere i at diffusjonen av gullet går mye saktere enn adsorpsjonen på overflaten og opptaket fra overflaten. Så lenge kvikksølvmengden som adsorberes er lavere enn maksimal overflatekonsentrasjonsverdi, finner adsorberingen sted nær enhetsverdi. Den saktere diffusjonen leder til metning av gulloverflaten med kvikksølv og blokkerer videre adsorbering. Denne effekten kan oppstå når omtrent 50 % av gulloverflaten er mettet med kvikksølv. En økende temperatur reduserer mengden absorbert kvikksølv.

[0006] Økt kvikksølveksponering over tid i opp til timer og/eller svært høye kvikksølvkonsentrasjoner, leder videre til dannelsen av kvikksølvaggregater i form av øyer eller tredimensjonale dendrittstrukturer på/i gullaget. Dette er ansett å være én av de viktigste begrensningene ved bruk av tynnfilm gullsensorer til kvikksølvovervåkning.

[0007] Den dårlige selektiviteten er en annen ulempe med gullags kvikksø lvsensorer. Sensoren har en kryss-sensitivitet mot vanndamp, svovelsyredamper, sulfider, tioler og jodd. Det har blitt vist at bruken av selvorganiserende monolag med heksadekanetiol dramatisk kan redusere sensitiviteten til disse komponentene, unntatt for jodd. Kvikksølv har vært vist å kunne trenge gjennom mono laget og gi en respons som er nær 50 % på en bar elektrode.

[0008] Et antall omformere har vært brukt for deteksjon av kvikksølv basert på dets absorbsjon til gull. De fleste bruker et gullag med en bestemt tykkelse. Omformere som måler økningen i massen kan inkludere kvartsmikrobalanse-, overflateakustikkbølge- og mikrob raketter. Omformerprinsipper som bruker optiske teknikker kan inkludere overflate plasmonresonans, mens lokalisert plasmonresonans antydes men implementeres ikke for kvikksølvsensorer. Endelig leder adsorberingen av kvikksølv på gull til en økning i den elektriske resistansen på overflaten. Konduktometriske omformere kan måle bestemte nivåer av kvikksølvkonsentrasjoner. Sensitiviteten til denne typen målinger reduseres med en økning i tykkelsen av gullaget. Desorbering av adsorbert kvikksølv kan oppnås ved å varme sensoren til svært høye temperaturer, men det følger kostnader med dette.

[0009] Adsorberende tynnfilm gass-sensorer kan f eks. regenereres etter adsorbering av en tilstrekkelig mengde av den valgte komponenten til å løse ut en indikasjonskrets. Regenereringen av tynnfilmen involverer oppvarming av tynnfilmen til en svært høy temperatur for å frigjøre molekylene til den valgte komponenten adsorbert av tynnfilmlaget, dvs. gullfilmen, for å gjøre klar gass-sensoren for en ny syklus med gass-deteksjon og - måling. Avhengig av den adsorberte molekyltypen, kan regenereringstemperaturen være en svært høy temperatur. I utstyr i tidligere mothold brukes tynnfilmlaget vanligvis både som sensor og som varmeleder for regenerering.

[0010] Tynnfilmlag som vanligvis brukes både som sensor og som en varmeleder for regenerering, har imidlertid begrenset levetid. Én hovedårsak til svikt i mekanismen, kan involvere elektromigrasjon av gullmetallet i sensorfilmen. Elektromigrasjon er transporten av materiale forårsaket av den gradvise bevegelsen av ionene i en leder på grunn av momentet i overføringen mellom de ledende elektronene og diffuserende metallatomer. Effekten er viktig i utstyr hvor høye direktestrømtettheter brukes, slik som i mikroelektronikk og relaterte strukturer. Ettersom strukturstørrelsen i elektronikken, slik som integrerte kretser (IC-er) reduseres, øker den praktiske betydningen av denne effekten. Resultatet av elektromigrasjon er altså at metallatomer flytter seg fra den tynne gullfilmen inn i delingslagene på et kretskort. Hvis det finner sted en høy grad av elektromigrasjon, og tilstrekkelige mengde metallatomer beveger seg inn i delingslagene, kan den tynne gullfilmen bli for tynn, og medføre svikt i gass-sensoren. Elektromigrasjon kan således fremmes når det tynne filmlaget brukes som en sensor og som en varmeleder. Sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensorer svikter derfor med sannsynlighet etter et lite syklusantall med sensing og regenerering på grunn av den høye gjendampingstemperaturen.

[0011] Sammen med problemet med elektromigrasjon, har sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensorer en lavere sensitivitet enn det er behov for. Sensitiviteten til en kombinert sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensor kan dikteres av designen. Et annet problem med sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensorer, er at resistansen fra sporene deres kan være høy. Høyspenning (omtrent 60-100 volt) kreves derfor for å regenerere sensoren. Følgelig er sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensorer ofte begrenset i bruk til områder hvor 120 vekselstrø m eller egnede energigeneratorer er tilgjengelige.

[0012] Noen tynnfilm gass-sensorer i tidligere mothold, omgår problemene bemerket ovenfor med sensor- og oppvarmer tynnfilm gass-sensorer ved å nytte eksterne oppvarmingselementer til å varme opp tynnmetallfilmen til regenereringstemperaturen. Dessverre kan slike eksterne oppvarmingselementer være vanskelig å fremstille og kalibrere for spesifikk sensorbruk. Varmemengden som genereres av et slikt oppvarmingselement kan videre variere over overflaten på sensorlaget. Ujevn oppvarming er uø nsket fordi den kan forårsake utilstrekkelig eller inkonsistent regenerering.

[0013] Det er derfor behov for metoder og systemer for deteksjon av kvikksølv og hydrogensulfid i hydrokarbonvæsker og naturgass i olje- og gassfeltanvendelser.

SAMMENDRAG

[0014] I henhold til noen utforminger, et olje- og gassfeltbruksutstyr for deteksjon av en konsentrasjon av ett eller flere elementer i én av hydrokarbon eller naturgass i en brønn, i et underjordisk miljø eller begge. Olje- og gassfeltbruksutstyret omfatter: en mikrostruktur med en lav varmemasse plassert inni en kanal, mikrostrukturen inkluderer et støttelag og et isolasjonslag; minst én regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med støttelaget på mikrostrukturen, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten varmes kontrollerbart opp til én eller flere frigjøringstemperaturer for det ene eller flere elementet(ene); et sensorlag arranger på isolasjonslaget for å absorbere molekyler fra det ene eller flere elementet(ene) fra én av hydrokarbon eller naturgass; og en deteksjons- og resistansmålingsenhet i kommunikasjon med sensorlaget for målinger avresistansendringer forårsaket av absorbsjonen av molekyler av det ene eller flere elementet(ene) på sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur, og lagring av dataene på en prosessor.

[0015] I henhold til et aspekt av olje- og gassfeltbruksutst<y>ret, inkluderer det ene eller flere elementet(ene) kvikksølv (Hg) og hydrogensulfid (H2S). Mikrostrukturen kan videre fremstilles av et elektrisk isolerende og varmeledende materiale og olje- og gassfeltanvendelsen inkluderer én av en brønn, et underjordisk miljø eller nedhullmiljø. Enda videre kan det elektrisk isolerende og termisk ledende materialet være fra gruppen som består av én av titannitrid (TiN), silikonnitrid (Si3N4), aluminiumnitrid (AIN), silikonoksid (SiC>2), silikon eller noen kombinasjoner av disse. Det er mulig at den i det minste ene regulerbare varmeenheten er en ledende bane plassert over og slik at den hovedsakelig dekker et overflateområde på støttelaget til mikrostrukturen og regulerer temperaturen til mikrostrukturen opp til omtrent 400 °C. Den i det minste ene regulerbare varmeenheten kan aktiveres og kontrollerbart varme opp mikrostrukturen og sensorlaget til en regenereringstemperatur tilstrekkelig til å forårsake at molekylene til det ene eller flere elementet frigjøres fra sensorlaget.

[0016] I henhold til et aspekt av olje- og gassfeltbruksutstyret, kan dette videre omfatte et lag påført støttelaget for å lette adhesjonen av den regulerbare varmeenheten på mikrostrukturen. Det er mulig at det kan omfatte et lag plassert på isolasjonslaget for å lette adhesjonen av et sensorlag på mikrostrukturen.

[0017] I henhold til et aspekt ved olje- og gassfeltbruksutstyret, endres den elektriske resistiviteten til sensorlaget når molekylene til ett eller flere elementer kan absorberes av sensorlaget, og den minst ene regulerbare varmeenheten kan aktiveres når den elektriske resistiviteten når en forhåndsbestemt resistivitetsterskel. Videre kan den videre omfatte en metallbane plassert på isolasjonslaget på mikrostrukturen, hvor metallbanen har en affinitet til det ene eller flere elementet(ene). Det skal bemerkes at metallbanen kan være fra gruppen som består av gull, svart gull, sølv, kopper, palladium, klor, et legert materiale eller noen kombinasjoner derav.

[0018] I henhold til et aspekt ved olje- og gassfeltbruksutstyret, kan det videre omfatte et referanse-sensorlag plassert på en del av isolasjonsmaterialet. Det er videre mulig at det videre kan bestå av: 1) en elektrisk resistivitet for referanselaget endres når molekylene til det ene eller flere elementet(ene) absorberes av referanse-sensorlaget, og den minst ene regulerbare varmeenheten aktiveres når den elektriske resistiviteten når en forhåndsbestemt resistivitetsterskel; 2) en ledende bane plassert på isolasjonslaget på mikrostrukturen inkludert delen av isolasjonslaget, hvor metallbanen har affinitet for det ene eller flere elementet(ene) slik at referanse-sensorlaget og sensorlaget er i kommunikasjon med den ledende banen; og 3) et gass-ugj ennomtrengelig lag påføres delen av isolasjonslaget på den ledende banen slik at det resulterer i at referanse-sensorlaget ikke har noen absorbsjon.

[0019] I henhold til et aspekt ved olje- og gassfeltbruksutstyret, kan mikrostrukturen være én av en ikke-lineær struktur, slik som bølgelignende, for å gi en forstyrrelse i en strømning av en væske gjennom kanalen. Mikrostrukturen er videre strukturert og arrangeres for å ha en variabel tykkelse for å gi forstyrrelse i en strømning av en væske som strømmer gjennom kanalen.

[0020] I henhold til en utforming, kan olje- og gassfeltbruksutstyret detektere to eller flere elementer i én av hydrokarbon eller naturgass. Olje- og gassfeltbruksutstyret omfatter en multisone mikrostruktur med en lav termisk masse plassert inni en kanal. Hvor multisone-mikrostrukturen inkluderer: en første sone med et første støttelag og et første isolasjonslag; en andre sone med et andre støttelag og et andre isolasjonslag; og minst to regulerbare varmeenheter, en første regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med det første støttelaget og en andre regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med det andre støttelaget, som kan regulere temperaturen opp til omtrent 400 °C. Videre varierer den regulerbare varmeenheten i den første sonen kontrollert temperaturen innen et første område av temperaturer. Den andre regulerbare varmeenheten til den andre sonen varier kontrollerbart temperaturen for et andre område av temperaturer, slik at det første temperaturområdet for én av den fø rste regulerbare varmeenheten, den andre regulerbare varmeenheten eller begge er regulerbare opp til en frigivningstemperatur for de to eller flere elementene. Enda videre kan et første sensorlag arrangeres på et første isolasjonslag hvor det første sensorlaget arrangeres for å absorbere molekyler fra de to eller flere elementene fra den ene av hydrokarbon eller naturgass, ved en første sensitivitet for et første element og en andre sensitivitet for et andre element. Det andre sensorlaget kan arrangeres på det andre isolasjonslaget, hvor det andre sensorlaget arrangeres for å absorbere molekyler fra de to eller flere elementene fra én av hydrokarbon eller naturgass, ved en tredje sensitivitet for det første elementet og en fjerde sensitivitet for det andre elementet. Til sist kan minst én prosessor være i kommunikasjon med de minst to, regulerbare varmeenhetene og det første og det andre sensorlaget.

[0021] I henhold til et aspekt ved olje- og gassfeltbruksutstyret, inkluderer det første isolasjonslaget, det andre isolasjonslaget eller begge et referanse-sensorlag plassert på en del av isolasjonslaget. Videre kan olje- og gassfeltbruksutstyret videre omfatte: 1) en elektrisk resistivitet for endringer i referanse-sensorlaget når molekylene i det ene eller flere elementet(ene) absorberes av referanse-sensorlaget, og den minst ene regulerbare varmeenheten aktiveres når den elektriske resistiviteten når en forhåndsbestemt resistivitetsterskel; 2) en ledende bane plassert på isolasjonslaget, hvor metallbanen har affinitet for det ene eller flere elementet(ene) slik at referanse-sensorlaget og minst det ene sensorlaget på de to eller flere sensorlagene er i kommunikasjon med den ledende banen; og 3) et gass-ugj ennomtrengelig lag påføres isolasjonslaget på den ledende banen for å gi et referanse-sensorlag uten absorbsjon.

[0022] I henhold til et aspekt ved olje- og gassfeltbruksutstyret, kan de to eller flere elementene inkludere kvikksølv og hydrogensulfid (H2S) og olje- og gassfeltbruken inkludere én av en brønn, et underjordisk miljø eller nedhullmiljø. Videre kan multisone-mikrostrukturen være én av ikke-lineære, slik som bølgelignende, for å gi forstyrrelse i strømningen av en væske gjennom kanalen. Enda videre kan multisone-mikro strukturen struktureres og arrangeres for å ha variabel tykkelse, for å gi en forstyrrelse i en strømning av en væske som strømmer gjennom kanalen. Det er mulig å lage mikrostrukturen av et elektrisk isolerende materiale og et termisk ledende materiale. Videre kan det elektrisk isolerende og termisk ledende materialet være fra gruppen som består av én av thannitrid (TiN), silikonnitrid (Si3N4), aluminiumnitrid (ATN), silikonoksid (SiCh), silikon eller en hvilken som helst kombinasjon derav. Enda videre kan det første sensorlaget være laget av et forskjellig materiale fra det andre sensorlaget.

[0023] I henhold til et aspekt av olje- og gassfeltbruksutstyret, kan det videre omfatte: 1) en deteksjons- og resistansmålingsenhet i kommunikasjon med det første sensorlaget for måling av resistansendringer forårsaket av absorbsjon av molekyler fra det første elementet på det første sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur innenfor det første området; og 2) hvor deteksjons- og resistansmåleenheten også er i kommunikasjon med det andre sensorlaget for måling av resistansendringer forårsaket av absorbsjon av molekyler fra det andre elementet på det andre sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur innenfor det andre området.

[0024] I henhold til minst én utforming, en anordning for deteksjon av to eller flere elementer i hydrokarbon og/eller naturgass i en brønn, et underjordisk miljø eller begge. Anordningen omfatter: en multisone-mikrostruktur med en lav termisk masse plassert inni en kanal, hvor multiso ne-mikrostrukturen inkluderer: 1) en første sone med et første støttelag og et første isolasjonslag; 2) en andre sone med et andre støttelag og et andre isolasjonslag og 3) minst to regulerbare varmeenheter, hvor den første regulerbare varmeenheten er i kommunikasjon med det andre støttelaget, slik at de minst to regulerbare varmeenhetene kan regulere temperaturen opp til omtrent 400 °C. Hvor den første regulerbare varmeenheten i den første sonen kontrollert varier temperaturen innenfor et første område av temperaturer. Den andre regulerbare varmeenheten i den andre sonen varier kontrollert temperaturen for et andre område av temperaturer, slik at temperaturområdet for den ene av den første regulerbare varmeenheten, den andre regulerbare varmeenheten eller begge kan reguleres opp til en frigjøringstemperatur for de to eller flere elementene. Videre inkludert: 1) et første sensorlag arrangert på det første isolasjonslaget, hvor det første sensorlaget er arrangert for å absorbere molekyler fra de to eller flere elementene fra én av hydrokarbon eller naturgass, ved en første sensitivitet for et første element og en andre sensitivitet for et andre element; 2) et andre sensorlag arrangert på det andre isolasjonslaget, hvor det andre sensorlaget er arrangert for å absorbere molekyler fra et andre element av de to eller flere elementene fra én av hydrokarbon eller naturgass ved en tredje sensitivitet for det første elementet og en fjerde sensitivitet for det andre elementet; 3) et deteksjons- og resistansmåleelement i kommunikasjon med det første sensorlaget for måling av resistansendringer forårsaket av absorbsjon av molekyler fra det første elementet på det første sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur innenfor det første området. Hvor deteksjons- ogresistansmålingsenhetenogså er i kommunikasjon med det andre sensorlaget for måling av resistansendringer forårsaket av absorbsjon av molekyler fra det andre elementet på det andre sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur innenfor det andre området; og til sist 4) i det minste én prosessor i kommunikasjon med de minst to regulerbare varmeenhetene, det første og andre sensorlaget og deteksjons- og resistansmålingsenheten.

[0025] I henhold til minst én utforming, et apparat for bruk i et olje- og gassfeltbruksutstyr for deteksjon av én av kvikksølv (Hg) eller hydrogensulfid (H2S) i én av hydrokarbon eller naturgass i en brønn, et underjordisk miljø eller begge. Apparatet omfatter: 1) en mikrostruktur med en lav termisk masse plassert inni en kanal som er strukturert og arrangert for et olje- og gassfeltbruksmiljø, hvor mikrostrukturen inkluderer et støttelag og et isolasjonslag; 2) minst én regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med støttelaget på mikrostrukturen, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten regulerer temperaturen opp til en frigjøringstemperatur for én av kvikksølv (Hg) eller hydrogensulfid (H2S) og kan regulere temperaturen opp til omtrent 400 °C; 3) et sensorlag arrangert på isolasjonslaget for å absorbere molekyler fra én av kvikksølv (Hg) eller hydrogensulfid (H2S) fra én av hydrokarbon eller naturgass; 4) en deteksjons- og resistansmålingsenhet i kommunikasjon med sensorlaget for måling av elektriske resistansendringer forårsaket av absorbsjon av molekyler fra én av kvikksølv (Hg) eller hydrogensulfid (H2S) på sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur på opp til omtrent 400 °C; og endelig 5) i det minste én prosessor i kommunikasjon med den minst ene regulerbare varmeenheten, sensorlaget og deteksjons- og resistansmålingsenheten, slik at den minst ene regulerbare varmeenheten aktiveres når den elektriske resistiviteten når en forhåndsbestemt resistivitetsterskel.

[0026] I henhold til én utforming, en metode for deteksjon av konsentrasjoner av ett eller flere elementer fra én av hydrokarbon eller naturgass i et olje- og gassfeltbruksutstyr, hvor olje- og gassfeltbruksutstyret inkluderer en brønn og et underjordisk miljø. Metoden omfatter: a) eksponering av minst ett sensorlag arrangert på en del av et isolasjonslag på en mikrostruktur for én av hydrokarbon eller naturgass i en første tidsperiode; b) måling av resistans forårsaket av absorbsjon av molekyler fra et første element av det ene eller flere elementet(ene) på det minst ene sensorlaget med et deteksjons- og resistansmålingsutstyr i kommunikasjon med det minst ene sensorlaget og som registrerer resistansen i det første elementet på en prosessor; c) kontrollert oppvarming av minst et regulerbart varmeelement i kommunikasjon med en del av et støttelag på mikrostrukturen, hvor det minst ene regulerbare varmeelementet kontrollerbart varierer temperaturen på mikrostrukturen opp til en frigjøringstemperatur for det første elementet og i en andre tidsperiode; d) resistansmåling av det første elementet på sensorlaget med deteksjons- og resistansmålingsenheten og registrering av det frigitte elementets resistansdata på prosessoren; e) kontrollert oppvarming av minst den ene regulerbare varmeenheten opp til en frigjøringstemperatur for det andre elementet og i en tredje tidsperiode; f) resistansmåling av det andre elementet på det minst ene sensorlaget med deteksjons- og resistansmålingsenheten og registrering av resistansdata for det frigitte andre elementet på en prosessor; og g) å fastslå konsentrasjonen av ett eller flere elementer.

[0027] I henhold til et aspekt ved metoden, omfatter trinn b) videre: 1) venting i en andre periode slik at det minst ene sensorlaget kjøler ned; og 2) ny måling av resistansen forårsaket av absorbsjon av molekyler fra det ene eller flere elementet(ene) på det minst ene sensorlaget med deteksjons- og resistansmålingsenheten og registrering av resistansdata for det første nedkjølte elementet på prosessoren. Videre er den første tidsperioden betydelig lengre i tid enn noen annen tidsperiode, inkludert den andre tidsperioden, den tredje tidsperioden, den fjerde tidsperioden osv. Enda videre er den andre tidsperioden betydelig kortere enn den første tidsperioden. Det er mulig at den tredje tidsperioden er betydelig kortere enn den andre tidsperioden. Videre er det første elementet kvikksølv (Hg) og det andre elementet er hydrogensulfid (H2S).

[0028] I henhold til én utforming, et olje- og gassfeltbruksutstyr for deteksjon av to eller flere elementer i én av hydrokarbon eller naturgass. Olje- og gassfeltbruksutstyret omfatter: en multiso ne-mikrostruktur med en lav termisk masse plassert inni en kanal, hvor multiso ne-mikrostrukturen inkluderer: 1) en første sone med et første støttelag og et første isolasjonslag 2) en andre sone med et andre støttelag og et andre isolasjonslag slik at den andre sonen holdes fast på en temperatur B; og 3) minst to regulerbare varmeenheter, en første regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med det første støttelaget og en andre regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med det andre støttelaget, som kan regulere temperaturen opp til omtrent 400 °C. Hvor den første regulerbare varmeenheten i den første sonen holdes på en temperatur A og den andre regulerbare varmeenheten i den andre sonen holdes på en temperatur B. Den første regulerbare varmeenheten, den andre regulerbare varmeenheten eller begge kan reguleres opp til en frigjøringstemperatur for de to eller flere elementene; hvor: 1) et første sensorlag arrangert på det første isolasjonslaget, hvor det første sensorlaget arrangeres for å absorbere molekyler fra de to eller flere elementene fra én av hydrokarbon eller naturgass ved en første sensitivitet for et første element og en andre sensitivitet for et andre element; 2) et andre sensorlag arrangert på det andre isolasjonslaget, hvor det andre sensorlaget arrangeres for å absorbere molekyler fra ett av de to eller flere elementene fra én av hydrokarbon eller naturgass ved en tredje sensitivitet for det første elementet og en fjerde sensitivitet for det andre elementet; og 3) minst én prosessor i kommunikasjon med de minst to regulerbare varmeenhetene og det første og andre sensorlaget.

[0029] I henhold til et aspekt av metoden, er temperatur A ved en temperatur opp til frigjøringstemperatur for det første elementet av de to eller flere elementene, og temperatur B er ved en temperatur over frigjøringstemperaturen for det første elementet og under frigjøringstemperaturen for det andre elementet av de to eller flere elementene.

[0030] Videre funksjoner og fordeler vil bli enda tydeligere fra den følgende detaljerte beskrivelsen sett i sammenheng med de vedlagte tegningene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0031] Den foreliggende oppfinnelsen beskrives mer utførlig i den detaljerte beskrivelsen som fø lger, med henvisning til det bemerkede mangfoldet av tegninger som dog ikke utgjør uttømmende utforminger, hvor like henvisningsnumre representerer like deler gjennom alle de flere visningene avtegningene, og hvor:

[0032] FIG. 1 illustrerer et perspektiv av en anordning med lav termisk masse suspendert inni en kanal med varierende formede etsningshull, i henhold til noen utforminger;

[0033] FIG. 2 illustrerer en toppvisning av en anordning med lav termisk masse suspendert inni en kanal, i henhold til noen utforminger;

[0034] FIG. 3 illustrerer en tverrsnitt "A"-visning av FIG. 2 uten etsningshullene på anordningen som er suspendert inni kanalen, i henhold til noen utforminger;

[0035] FIG. 4 illustrerer en tverrsnitt "B"-visning av FIG. 2 med etsningshullene vist på anordningen som er suspendert inni kanalen, i henhold til noen utforminger;

[0036] FIG. 5 illustrerer en suspendert mikrostruktur som består av minst tre regioner, hvor den første regionen er dekket med gull, en andre region er dekket med et ikke-amalgamformende metall eller et insensitivt lag og en tredje region som er et andre sensitivt lag i henhold til noen utforminger;

[0037] FIG. 6 illustrerer en tabell som viser tilfeldige enheter mellom tid og spenning som er en simulert respons fra et sensorlag (SL) med et svovel-insensitivt og et svovel-senshivt oppvarmingsmateriale, i henhold til noen utforminger;

[0038] FIG. 7 illustrerer en tabell som viser enheter mellom resistans og tid som er en simulert respons fra selektiv desorpsjon basert på tidsregulert manipulering med temperaturen til termisk-lavmas se-mikro strukturen, i henhold til noen utforminger;

[0039] FIG. 8 illustrerer en brakett med gullresistor, hvor resonansrfekvensen til braketten kan være et mål for massen mens gullresistoren brukes til å måle konduktansen, som begge kan endres på grunn av adsorberingen av kvikksølv, i henhold til noen utforminger; og

[0040] FIG. 9A og 9B illustrerer en sidevisning av mikrostrukturen suspendert inni kanalen, FIG. 9A viser en ikke-lineær form (f eks. bølgelignende) på mikrostrukturen, og

FIG. 9B viser en mikrostruktur med variabel tykkelse, for å gi en forstyrrelse i en strø mning av en væske gjennom kanalen, i henhold til noen utforminger.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFORMINGENE

[0041] Den følgende beskrivelsen fremstiller kun eksemplariske utforminger, og er ikke ment å begrense omfanget, anvendbarheten eller konfigurasjonen av offentliggjøringen. Det er heller slik at den følgende beskrivelsen av de eksemplariske utformingene vil gi de med ferdigheter i faget en beskrivelse som gjør mulig realisering av én eller flere eksemplariske utforminger. Det skal forstås at forskjellige endringer kan foretas i funksjonen til og arrangementet av elementer uten at disse avviker fra ånden i eller omfanget av oppfinnelsen som fremsatt i de vedlagte kravene.

[0042] Bestemte detaljer gis i følgende beskrivelse for å gi en grundig forståelse av utformingene. Det vil imidlertid forstås av én med vanlige ferdigheter i faget, at utformingene kan praktiseres uten disse bestemte detaljene. Velkjente prosesser, strukturer og teknikker kan f eks. vises uten unødvendige detaljer, for å unngå utydelig fremstilling av utformingene. Videre viser like numre og betegnelser i de forskjellige tegningene til like elementer.

[0043] Enda videre kan utforminger av oppfinnelsen realiseres, i det minste delvis, manuelt eller automatisk. Manuelle eller automatiske realiseringer kan utfø res, eller i det minste assisteres, ved bruk av maskiner, maskinvare, programvare, innebygget maskinprogramvare, mellomprogramvare, mikrokode, maskinvarebeskrivelsesspråk eller en hvilken som helst kombinasjon derav. Når implementert i programvare, maskinprogramvare eller mikrokode, kan programkoden eller kodesegmenter for å utføre de nødvendige oppgavene lagres i et maskinlesbart medium. En prosessor(er) kan utføre de nødvendige oppgavene.

[0044] I henhold til noen utforminger, og for følgende drøftingsformål, vil "anordningen", "sensorenheten" eller "den konduktometriske sensoren" eller "olje- og gassfeltbruksutstyret" detektere kvikksølv og/eller hydrogensulfid. Den foreliggende oppfinnelsen trenger selvfølgelig ikke å være begrenset til deteksjon av kvikksølv og/eller hydrogensulfid. De med ferdigheter i faget vil snarere forstå at mikrostrukturen kan tilpasses, slik at andre gasser eller sammensetningen kan overvåkes.

[0045] I henhold til noen utforminger, et olje- og gassfeltbruksutstyr for deteksjon av en konsentrasjon av ett eller flere elementer i én av hydrokarbon eller naturgass i en brønn, i et underjordisk miljø eller begge. Olje- og gassfeltbruksutstyret omfatter: en mikrostruktur med en lav termisk masse plassert inni en kanal, mikrostrukturen inkluderer et støttelag og et isolasjonslag; minst én regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med støttelaget på mikrostrukturen, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten varmes kontrollerbart opp til én eller flere frigjøringstemperaturer for det ene eller flere elementet(ene); et sensorlag arrangeres på isolasjonslaget for å absorbere molekyler fra det ene eller flere elementet(ene) fra én av hydrokarboner eller naturgass; og en deteksjons- og resistansmålingsenhet i kommunikasjon med sensorlaget for målinger av resistansendringer forårsaket av absorbsjonen av molekyler av det ene eller flere elementet(ene) på sensorlaget ved en første temperatur og en andre temperatur, og lagring av dataene på en prosessor.

[0046] Med henvisning til FIG. 1, viser FIG. 1 en perspektiwisning av en anordning (eller konduktometrisk sensor) 100 inni en kanal 200, i henhold til en foretrukket utforming av den foreliggende oppfinnelsen. FIG. 1 viser anordningen med etsningshull 115 i en mikrostruktur eller et substratum 110. Etsningshullene 115 kan formes slik som: en variert form, en geometrisk form, en ikke-uniform form eller en uniform form. Anordningen 100 konfigureres for å detektere forekomsten av en bestemt komponent (slik som kvikksølv, kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp) inni hydrokarbonvæsker og/eller naturgass. Hydrokarbonvæ sker og/eller naturgass er vist ved pil 1, og går inn gjennom et innløp (ikke vist), strømmer rundt anordningen 100 og går ut via et utløp (ikke vist). Det bemerkes for bruken at "den bestemte komponenten" er kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp. Den foreliggende anordningen behøver selvfølgelig ikke å være begrenset til deteksjon av kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp eller analysen av hydrokarbonvæ ske- og/eller naturgassprøver. De med ferdigheter i faget vil snarere forstå at anordningen 100 kan tilpasses, slik at andre gasser eller sammensetningen kan overvåkes.

[0047] Det skal bemerkes at anordningen kan henvises til som en konduktometrisk sensor, en konduktometrisk kvikksø lvsensor, en tynnfilm gass-sensor, et olje- og gassfeltbruksutstyr eller en sensorenhet. Anordningen kan fremstilles ved bruk av mikroteknologi. I mikroteknologi er det mulig å fremstille tynne strukturer suspendert i en kanal. Det skal bemerkes at betegnelsen "kanal" også kan inkludere en kanallignende struktur, en slange, et rør, en produksjonsrørledning eller en lignende struktur. I mikroteknologi er det mulig å fremstille tynne suspendert strukturer som inkluderer etsningshull. Etsningshullene kan ha en uniform form, en ikke-uniform form eller en kombinasjon derav. Det er mulig at etsningshullene er symmetriske, ikke-symmetriske, uniformt arrangert, ikke-uniformt arrangert eller i en kombinasjon derav. Anordningen kan være uniformt, ikke-uniformt eller geometrisk formet inni kanalen.

[0048] FIG. 2 viser en topp visning av anordningen 100 med en lav termisk masse suspendert inni kanalen 200. Sensorlagene 160 (se FIG. 3) konfigureres på mikrostrukturen eller substratet 110 og festes på kanalen 200. Mikrostrukturen 110 kan være integrert festet på kanalen 200 eller muligens festet via sensorlagbanen (ikke vist). Sensorlagene 160 (se FIG. 3) kan konfigureres på mikrostrukturen 110 for å adsorbere molekyler fra en valgt komponent, slik som kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp fra hydrokarbonvæsker og/eller naturgass 1 (henvist til ved en pil som viser strø mningsretningen) som passerer over den. FIG. 2 viser etsningshullene 115 plassert inni mikrostrukturen 110. Mikrostrukturen 110,som beskrevet ovenfor, gir den fordelen at den har lav termisk masse og plasseres i strømningen 1 i kanalen 200, hvilket hindrer stagnerte lag på overflaten. Den lave termiske massen gjør det mulig hurtig å øke temperaturen for å gjendampe kvikksølvet og gjør i tillegg mulig lavt kraftforbruk hvis anordningen drives ved høye temperaturer, som drøftet videre nedenfor.

[0049] I henhold til noen utforminger bemerkes det at det kan være én eller flere identiske anordninger plassert i nærheten av anordningen 100 inni kanalen 200. Hvor i det minste én enhet i den ene eller flere anordningen(e) kan være laget i et lukket miljø inni kanalen som tjener som en referansefunksjon eller ytterligere sensorfunksjon eller begge. Det er også mulig at mikrostrukturen 110 kan inkludere: én eller flere regioner med sensornivåer; én eller flere regioner på en referansefunksjon; én eller flere regioner som registrerer forskjellige komponenter; én eller flere regioner som registrerer forskjellige nivåer i én eller flere komponenter eller noen kombinasjon derav.

[0050] Med henvisning til FIG. 3 og 4, viser FIG. 3 en tverrsnitt "A"-visning av FIG. 2 med mikrostrukturen 110 suspendert inni kanalen 200. Mikrostrukturen 110 inkluderer et støttelag 140A og et isolasjonslag 140B. De regulerbare varmeelementene 120 plasseres på støttelaget 140A for å gi en oppvarmingsside 145A på mikrostrukturen 110. Et sensorlag 160 plasseres på isolasjonslaget 140B på mikrostrukturen 110 for å danne sensorsiden 145B. Kanalen 200 eller den strø mningslike delen inkluderer et innløp (ikke vist) og et utløp (ikke vist) for strømningen av hydrokarbonvæsker og/eller naturgass 1 (se pilen i FIG. 1). Hydrokarbonvæsker og/eller naturgass er vist ved pil 1 (se pil i FIG. 1), og går inn gjennom innløpet (ikke vist), strømmer rundt mikrostrukturen 110 og går ut via utløpet (ikke vist). Sensorlaget 160 konfigureres for å adsorbere molekyler fra en valgt komponent, slik som kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp, fra hydrokarbonvæsker og/eller naturgass som passerer over sensorsiden 145B på mikrostrukturen 110. Nedenfor drøftes et aspekt av en utforming av mikrostrukturen, som har minst to regioner, en første region til bruk for sensoren og en andre region som kan brukes som en referansefunksjon. FIG. 4 viser f eks. at det er mulig at et referanseelement 360 kan konfigureres for å adsorbere molekyler fra den valgte komponenten i en betydelig lavere rate enn sensorlaget 160 og være plassert like ved sensorlaget 160 på sensorsiden 145B av mikrostrukturen 110. Referanseelementet 360 kan således konfigureres for å adsorbere molekyler fra den valgte komponenten, i en betydelig lavere rate enn sensorlaget 160 (se FIG. 4). Det skal også bemerkes at mer enn ett sensorlag og/eller referanseelement kan plasseres på isolasjonslaget 140B for å danne sensorsiden 145B på mikrostrukturen 110. Videre skal det bemerkes at andre regioner på isolasjonslaget 140B som danner sensorsiden 145B på mikrostrukturen 110 kan inkludere regioner for sensing av én eller flere komponenter ved ett eller flere sensingsnivåer.

[0051] Fremdeles med henvisning til FIG. 3, kan det regulerbare varmeelementet 120 gi flere fordeler i driften av anordningen 100, blant annet gjør de regulerbare varmeelementene 120 sammen med den lave oppvarmingsmassen til mikrostrukturen 110 mulig hurtig temperaturøkning til gjenfordamping av kvikksølvet mens kraftforbruket til enheten er lavere hvis enheten drives ved forhøyde temperaturer. Det bemerkelsesverdige trekket er kontroller-/regulerbarheten til varmeelementet 120 som gir kontrollert varme til mikrostrukturen for et kontrollert eller angitt tidsrom som kan lede til lavere kraftforbruk. Dette lavere kraftforbruket til de regulerbare varmeelementene 120 kan være en betydelig fordel da det gir driftskapashet i olje- og gassfeltutstyr, inkludert brønn- og underjordiske miljøer, hvor det ikke er praktisk å anbringe kraftkrevende utstyr. Følgelig gir den kontrollerbare varmefunksjonen i kombinasjon med det lave varmeresistensdesignet på mikrostrukturen 110 unike fordeler. Varmeresistens er, f eks. temperaturforskjellen over en struktur når en energienhet strø mmer gj ennom den i løpet av en tidsenhet. Dette betyr at det er et temperaturmål på hvor vanskelig det er (eller hvor lang tid det tar) for varme å ledes langs en struktur eller et materiale. Varme ledes således lett gjennom et materiale hvor det finnes lav varmeresistens, og når varmen ikke ledes lett gjennom materialet har det en høy varmeresistens. Fordi mikrostrukturen 110 er suspendert inni kanalen 200 og ikke har noen andre materialer som ville kreve mer varmeresistens, f eks. oppvarming av andre materialer på mikrostrukturen eller en foring rundt mikrostrukturen, ledes varme fra det regulerbare varmeelementet 120 (på støttelaget 140A) således lett gjennom mikrostrukturen 110 på isolasjonslaget 140B for å varme opp sensorlaget 160 under gjenfordampingsprosessen. Fordi det regulerbare varmeelementet 120 er kontrollerbart og fordi mikrostrukturen 110 har en lav termisk masse, kreves det mindre varme og kortere tid å fullføre en gjenfordampingsprosess. Dette er en unik fordel over lignende, kjente anordninger. Det er muligens på grunn av den kontrollerbare oppvarmingskapasiteten at denne funksjonen reduserer effekten av elektromigrasjon, som resultat av mindre eksponering av mikrostrukturen 110 for overoppheting over det som er påkrevd for å gjendampe kvikksølvet, dvs. gjenvinningstemperatur. Som bemerket ovenfor gir den lave termiske massen sammen med den kontrollerbare varmefunksjonen en raskere reevaluering eller gjenvinningsprosess som tillater lengre driftstid for deteksjon av de angitte komponentene, slik som kvikksølv- eller hydrogensulfiddamp mens i olje- og gassfeltutstyr, inkludert brønn- og underjordiske miljøer ved én eller flere dybder på ett eller flere steder. Det bemerkes at driftstiden nedhulls eller i olje- eller gassfeltutstyr, inkludert brønn- og underjordiske miljøer, er svært kostnadskrevende og enhver teknologi som kan redusere utgiftene vil representere en betydelig fordel innenfor olje- og gassindustrien sammen med andre industrier.

[0052] Fremdeles med henvisning til FIG. 3 og 4 kan de regulerbare varmeelementene 120 inkludere et adhesjonslag (ikke vist) som er plassert på støttelaget 140A på mikrostrukturen 110. Adhesjonslaget (ikke vist) gir adhesjon av det regulerbare varmeelementet 120 på støttelaget 140A på mikrostrukturen 110. Adhesjonslaget (ikke vist) plasseres på støttelaget 140A ved bruk av kjente fordampingsteknikker. Mer bestemt kan adhesjonslaget (ikke vist) formes fra materialer som ikke i betydelig grad påvirker resistiviteten til det regulerbare varmeelementet 120. Når det regulerbare varmeelementet 120 er slått på under gjendampingsprosessen, gir det regulerbare varmeelementet 120 varme i hovedsak jevnt over støttelaget 140Apå mikrostrukturen 110.

[0053] Fremdeles med henvisning til FIG. 3 og 4, viser FIG. 3 en tverrsnitt "A"-visning av FIG. 2 uten etsningshullene i mikrostrukturen 110. FIG. 4 viser en tverrsnitt "B"-visning av FIG. 2 med etsningshullene i mikrostrukturen eller substratet 110, hvor mikrostrukturen som er suspendert inni kanalen 200 har et støttelag 140A. Mikrostrukturen 110 kan formes fra titannitrid (TiN), som er et materiale som har egenskaper og karakteristika egnet for bruk i høye temperaturer og i olje- og gassfeltutstyr, inkludert brønn- og underjordiske miljøer. Titannitrid er videre et ekstremt hardt keramisk materiale som har et ikke-toksisk ytre og kan føyes sammen med andre metaller ved bruk av filmteknologier og er også svært ledende. Det er mulig at andre materialer kan brukes for mikrostrukturen, slik som aluminiumskeramikk.

[0054] Fremdeles med henvisning til FIG. 3-4 er sensorlaget 160, som bemerket ovenfor, plassert på isolasjonslaget 140B for å danne sensorsiden 145B på mikrostrukturen eller substratum. Sensorlaget 160 kan arrangeres på isolasjonslaget 140B ved én eller flere designer, slik som geometrisk layout, ikke-uniform layout, uniform layout eller en hvilken som helst kombinasjon derav. Særlig kan sensorlaget 160 inkludere et enkelt metallspor som plasseres på isolasjonslaget 140B på mikrostrukturen 110. Metallsporet (ikke vist) har en kjemisk karakteristikk for den valgte komponenten som skal detekteres. Metallsporet (ikke vist) kan feks. være gull (Au). Gull er ønskelig for deteksjonen av kvikksølv- og hydrogensulfiddamp, fordi gull kan adsorbere molekyler fra slike gasser. Kjente adhesjonsteknikker kan brukes, slik som et adhesjonslag for å bistå adhesjonen av metallsporet på isolasjonslaget 140B på mikrostrukturen 110.

[0055] Med henvisning til FIG. 5 finnes det, i henhold til noen utforminger, mange andre materialer enn kvikksølv som danner et amalgam. Et amalgam er en substans som dannes ved reaksjonen av noen substanser med kvikksølv, feks. hydrokarbonvæsker og naturgass. Noen andre materialer som danner et amalgam inkluderer sølv, kopper, palladiumklor og mange legeringer. Hvert av disse lagene kan ha en forskjellig respons på absorpsjonene av kvikksølv og/eller andre komponenter. Kombinasjonen av sensorer med forskjellige sensorlag kan åpne opp mange muligheter for å skille mellom kvikksølv og andre komponenter. I det minste én metode for å øke sensitiviteten er feks. bruken av porøst gull, ofte kalt svartgull. Det bemerkes at noen metaller ikke kan danne amalgamer med kvikksølv, særlig jern og platina. Platina kan imidlertid brukes i kombinasjon med gull og brukes som en referanse.

[0056] Fremdeles med henvisning til FIG. 5, viser FIG. 5 en suspendert mikrostruktur 110 som består av minst tre regioner, hvor den første regionen 105 er dekket med gull, en andre region 305 er dekket med et ikke-amalgamfbrmende metall eller et insensitivt lag og en tredje region 405 som er et andre sensitivt lag. Hvor alle tre regionene befinner seg på isolasjonslaget (ikke vist) på sensorsiden (ikke vist) av mikrostrukturen eller substratet 110. Ved å plassere elektriske ledere direkte på og separat fra den første 105, andre 305 og tredje 405 regionen, er det mulig å måle og kontrollere resistansen i hver region svært nøyaktig. Ved å sette de tre regionene sammen på den samme mikrostrukturen 110 og suspendere den i kanalen 200, gir dette arrangementet eller denne designen ytterligere den fordelen å kontrollere suspensjonstemperaturen nøyaktig gjennom hele ikke-amalgamregionen (den andre regionen 305), hvor resistansen ikke endres med kvikksølvkonsentrasjon, mens kvikksølvkonsentrasjon detekteres med gullregionen (første region 105) og deteksjonskonsentrasjoner er ved ett eller flere forskjellige sensitivitetsnivåer eller jevnt ved samme nivået for den tredje regionen.

[0057] Fremdeles med henvisning til FIG. 5 har en kombinasjon av et insensitivt lag (andre region 305) med to lag med forskjellig sensitivitet (første region 105 og tredje region 405) fordelene til begge metodene. Det insensitive laget (andre region 305) kan brukes som en referanse mens de to sensitive lagene (første region 105 og tredje region 405) kan ha forskjellig respons på adsorpsjonen av kvikksølv og/eller andre komponenter. De to sensitive lagene (første region 105 og tredje region 405) må velges på en slik måte at det vil tillate distinksjon mellom kvikksølv og andre komponenter. Som bemerket ovenfor kan FIG. 5 ses som en treregions suspendert mikrostruktur med en første region 105 med et gullag en andre region 305 med et insensitivt lag og en tredje region 405 som er et andre sensitivt lag

[0058] Fremdeles med henvisning til FIG. 5, kan i henhold til en annen utforming regenerasjonstemperaturen på tynnfilm gullagene avhenge av komponenten som skal absorberes. Det er feks. kjent at kvikksø lvmolekyler begynner å frigis ved en temperatur på omtrent 170 grader Celsius (denne temperaturen diskuteres blant fagfolk), mens hydrogensulifdmolekyler begynner å frigis ved en temperatur på omtrent 260 grader Celsius. Denne temperaturofrskjellen kan således brukes til å skille mellom kvikksølv og hydrogensulfid, selv om det er uklart ved hvilke temperaturer tioler og vann frigis. I henhold til noen utforminger kan én metode som brukes på denne måten være ved å foreta en temperaturskanning etter at målingen har blitt foretatt. Temperaturen for begynnende fall i resistansen bestemmer raskere hvilke komponenter som frigis og denne kunnskapen kan brukes til å fastslå kvikksølv- og/eller hydrogensulfidkonsentrasjonen. En kombinasjon av to sensitive lag er også nyttig i denne tilnærmingen, da frigivelsen av det absorberte molekylet avhenger av materialet til sensorlaget.

[0059] Fremdeles med henvisning til FIG. 5 bruker denne metoden, i henhold til en annen utforming, forskjellen i absorbsjonsstyrke mellom forskjellige målkomponenter. To gullresistorer holdes feks. ved forskjellige temperaturer i gass-strømmen. Forskjellen i absorbsjon og slik økningen i resistansen kan brukes til å identifisere og fastslå analyttkonsentrasjonen. Det vil bli tatt hensyn til forskjellen i absorbsjonsrate i målingen.

[0060] FIG. 6 illustrerer en tabell som viser tilfeldige enheter mellom tid og spenning som er en samtidig respons fra et sensorlag (SL) med et svovel-insensitivt og et svovel-sensitivt oppvarmingsmateriale. Det bemerkes at den høye frigivelsetemperaturen for hydrogensulfid og sannsynligvis andre sulfider kan brukes i toppidentifikasjon for gasskromotografi. I denne metoden brukes mikro-SL til å detektere topper og fastslå gassinnholdet i oppløsningen. Denne detektoren bruker et varmeelement som holdes ved en konstant temperatur og kan drive i konstante strøm- eller konstante spenningsmoduser. Variasjoner i den elektriske resistansen på grunn av absorbsjonen eller en kjemisk reaksjon tolereres imidlertid ikke. Et inert materiale velges derfor som elektrisk resistor. En resistor laget av gull og drevet under 260 grader Celsius vil tillate identifisering av svovelinneholdende komponenter. Gullresistoren vil ikke gå tilbake til originalverdi etter at en svovelinneholdende komponent har passert, men vil fungere som en "normal" SL ved passasjen av andre komponenter. SL-en kan regenereres ved en kort oppvarmingssyklus over 260 grader Celsius. Som en andre SL, kan gull-SL-en plasseres i en serie med den inerte SL-en.

[0061] FIG. 7 illustrerer en tabell som viser enheter mellom resistansen og tiden som er en simulert respons på selektiv absorbsjon som drar fordel av den ekstremt lave varmemassen til sensorlaget og mikrostrukturens støttelag i kombinasjon med den temperaturavhengige desorberingsmekanismen til kvikksølv og/eller H2S fra en tynn gullfilm (eller annet metall)-resistans, i henhold til minst én metode. Særlig gjør kombinasjonen av disse funksjonene det mulig å manipulere temperaturen på enheten på en tidsregulert måte, som fører til manipuleringen av absorbsjonen/desorpsjonen av analyttene. I det minste ett eksempel på metoden beskrives som følger.

[0062] Gjennom hele operasjonen, og fremdeles med henvisning til FIG. 7, antas strømningen av analyttene (som inneholder både Hg og H2S) å være konstant. Som vist i den følgende tegningen, holdes anordningen ved omgivelsestemperatur (AT) i tidsperioden TO til Tl. Både H2S og Hg absorberes på gullresistansen, som øker sammen med absorberingen, før metning. Endringsraten for resistansen fra RO til RI (begge ved AT) er en måling av [H2S]<*>S(h2s) + [Hg]<*>S(Hg), hvor [Hg] er kvikksølvkonsentrasjonen og (Hg) er kvikksø lvsensitiviteten. Merk at ingen av aksene er i skala.

[0063] Fremdeles med henvisning til FIG. 7, varmes sensoren eller sensorlaget opp, fra Tl til T2, i en kontrollert hastighet opp til 200 °C. I denne tidsperioden vil det meste av Hg-en som tidligere ble absorbert på gulloverflaten frigis, noe som fører til at resistansen synker, utover resistansøkningen på grunn av temperaturen (som kan fjernes enten ved bruk av en referanseresistans eller ved po st-data-analyse; denne resistansøkningen er ikke vist i figuren.). T2-T1 er mye kortere enn T1-T0, slik at H2S absorbsjonen i løpet av tidsperioden Tl til T2 er neglisjerbar. Dette er oppnåelig fordi oppvarmingskraften er mye høyere sammenlignet med varmemassen til den suspenderte enheten. Fra tid T2 til T3 kjøles enheten ned nesten like umiddelbart (i grad av et millisekund) til omgivelsestemperatur, igjen takket være den lave varmemassen. Dette foregår raskt nok til at absorbsjonen av H2S og Hg er neglisjerbar i denne tidsperioden. Resistansendringen fra RI til R3 (begge ved AT) er en måling av den absorberte Hg-mengden desorbert fra enheten.

[0064] Fremdeles med henvisning til FIG. 7, varmes enheten igjen opp fra 13 til T4, nå til 300 °C, hvor all H2S desorberes. Fra T4 til T5 kjøles enheten raskt ned til AT. Resistansendringen mellom R3 og R5 (som er lik med RI, antatt ingen hysterese) er en måling av mengden H2S desorbert fra enheten.

[0065] FIG. 8 illustrerer en brak ett med gullresistor, hvor resonansfrekvensen til braketten kan være et mål for massen mens gullresistoren brukes til å måle konduktansen, som begge kan endres på grunn av adsorberingen av kvikksølv, i henhold til noen utforminger. Denne metoden bruker kombinasjonen av en massebasert sensor med en konduktometrisk måling, som kan være en alternativ metode for å skille mellom kvikksølvadsorbering og absorbsjonen av andre komponenter. De to forskjellige målbare parameterne, dvs. masse og konduktivitet, vil variere som en funksjon av kvikksølvabsorbsjonen (se FIG. 8). Absorbsjonen av en intervenerende gass, feks. hydrogensulfid, vil ikke medføre en identisk respons i begge detektorene sammenlignet med kvikksølv. Med andre ord, hvis hydrogensulfid absorberes og forårsaker en 20 % økning i resistansen, vil den målte vekten være forskjellig sammenlignet med vekten av kvikksølv når dette forårsaker en 20 % økning i resistansen. Kombinasjoner med optiske målinger er selvfølgelig også mulig.

[0066] FIG. 9A og 9B illustrerer en sidevisning av den konduktometriske sensoren suspendert inni kanalen, hvor FIG. 9A viser en ikke-lineær form (feks. bølgelignende) på mikrostrukturen 110, for å gi en forstyrrelse i en strømning av en væske gjennom kanalen, i henhold til noen utforminger. Det er feks. mulig at det ikke-lineære aspektet inkluderer en bølgelignende designet mikrostruktur eller at det legges til et materiale til i hvert fall en del av mikrostrukturea Det er mulig at mikrostrukturen kan ha én eller flere humper, slik som et påsveiset materialstykke plassert på mikrostrukturen 400. Videre viser FIG. 9B en mikrostruktur som kan struktureres og arrangeres for å ha variabel tykkelse for å gi en forstyrrelse i en strømning av en væske som strømmer gjennom kanalen. Den variable tykkelsen kan feks. inkludere en hump slik som et påsveiset materialstykke plassert på mikrostrukturen 400 eller at mikrostrukturen har variabel bredde 407.

[0067] Selv om mange variasjoner og modifikasjoner av den foreliggende offentliggjøringen uten tvil vil komme i tankene hos de med vanlige ferdigheter i faget etter å ha lest den foregående beskrivelsen, skal det forstås at de bestemte utformingene som har vært vist og beskrevet i illustrerende hensikt ikke på noen måte skal anses begrensende. Offentliggjøringen har videre blitt beskrevet med henvisning til bestemte foretrukne utforminger, men variasjoner innen ånden til og omfanget av offentliggjøringen vil komme i tankene hos de med ferdigheter i faget. Det skal bemerkes at de foregående eksemplene har blitt presentert kun i den hensikt å forklare og at de ikke på noen måte skal anses begrensende for den foreliggende offentliggjøringen. Selv om den foreliggende offentliggjøringen har blitt beskrevet med henvisning til eksemplariske utforminger, skal det forstås at ordene som har vært bruk i dette dokumentet, er ord til beskrivelse og illustrasjon, heller enn begrensende ord. Det kan foretas endringer innenfor bestemmelsene i de vedlagte kravene, slik de for øyeblikket er formulert og som endret, uten å avvike fra omfanget og ånden i den foreliggende offentliggjøringen i dens aspekter. Selv om den foreliggende offentliggjøringen har blitt beskrevet i dette dokumentet med henvisning til bestemte måter, materialer og utforminger, er den foreliggende offentliggjøringen ikke ment å være begrenset til fremstillingen offentliggjort i dette dokumentet. Det er heller slik at den foreliggende offentliggjøringen dekker alle funksjonelt ekvivalente strukturer, metoder og bruksområder, slik som er innenfor omfanget av de vedlagte kravene.

Claims (23)

1. En anordning for deteksjon av kvikksølvgass, hvor anordningen omfatter: et støttende substratum; i det minste ett sensorlag plassert på det støttende substratet, hvor det minst ene sensorlaget absorberer molekyler fra kvikksølvgass og minst ett annet kjemisk element i gassform; i det minste én regulerbar varmeenhet i kommunikasjon med det minst ene sensorlaget, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten er konfigurert for å varme opp i det minste ett sensorlag til en frigivelse stemperatur for kvikksølvgassen; i det minste én deteksjons- og resistansmåleenhet i kommunikasjon med det minst ene sensorlaget, hvor den minst ene deteksjons- og resistansmåleenheten er konfigurert for å produsere resistansdata som inkluderer minst en første resistansmåling innen det minst ene sensorlaget og en andre resistansmåling innen det minst ene sensorlaget; og en prosessor i kommunikasjon med den minst ene deteksjons- og resistansmåleenheten og konfigurert for å ta imot resistansdata fra den minst ene deteksjons- og resistansmåleenheten, hvor prosessoren videre er konfigurert for å skille mellom kvikksølvgass og det minst ene andre kjemiske gasselementet basert på i det minste den første resistansmålingen og den andre resistansmålingen innen det minst ene sensorlaget.

2. Anordningen i henhold til krav 1, hvor det minst ene sensorlaget inkluderer et første sensorlag og et andre sensorlag.

3. Anordningen i henhold til krav 2, hvor det første sensorlaget og det andre sensorlaget formes fra forskjellige materialer og den første resistansmålingen er basert på resistansen innen det første sensorlaget og den andre resistansmålingen er basert på resistansen innen det andre sensorlaget.

4. Anordningen i henhold til krav 2, hvor (1) den minst ene regulerbare varmeenheten er i kommunikasjon med det første sensorlaget og det andre sensorlaget, (2) den minst ene regulerbare varmeenheten konfigureres for å varme opp det første sensorlaget til en første temperatur og det andre sensorlaget til en andre temperatur, og (3) den første resistansmålingen er basert på resistansen innen det første sensorlaget ved den første temperaturen og den andre resistansmålingen er basert på resistansen innen det andre sensorlaget ved den andre temperaturen.

5. Anordningen i henhold til krav 1, hvor den første resistansmålingen er basert på resistansen nedenfor frigivelsetemperaturen og den andre resistansmålingen er basert på resistans over frigive Isete mp eraturen.

6. Anordningen i henhold til krav 1, hvor det minst ene andre gasskjemikaliumet er hydrogensulfid.

7. Anordningen i henhold til krav 1, som videre omfatter: et isolasjonslag plassert mellom det støttende substratet og det minst ene sensorlaget.

8. Anordningen i henhold til krav 1, hvor det støttende substratet og det minst ene sensorlaget former en mikrostruktur og mikrostrukturen suspenderes inni en kanal.

9. Anordningen i henhold til krav 1, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten er konfigurert for å varme opp det minst ene sensorlaget til en temperatur tilstrekkelig til å frigi kvikk sølvgas sen og det minst ene andre gasskjemikaliumet fra det minst ene sensorlaget.

10. Anordningen i henhold til krav 1, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten er konfigurert for å varme opp det minst ene sensorlaget til 400 °C.

11. Anordningen i henhold til krav 1, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten er en ledende bane plassert på i det minste en del av det støttende substratet.

12. Anordningen i henhold til krav 1, hvor den minst ene regulerbare varmeenheten påfører varme på det minst ene sensorlaget når den elektriske resistiviteten innen det minst ene sensorlaget når en forhåndsdefinert resistivitetsterskel.

13. Anordningen i henhold til krav 1, som videre omfatter: et insensitivt referanseelement plassert på det støttende substratet; hvor den minst ene deteksjons- og resistansmåleenheten er i kommunikasjon med det insensitive referanseelementet og den minst ene deteksjons- og resistansmåleenheten er konfigurert for å produsere resistansdata som inkluderer en referansemåling av resistans inni det insensitive referanseelementet; og hvor prosessoren er konfigurert for å skille mellom kvikksølvgass og det i det minste ene andre gasskjemikaliumet basert på i det minste den første resistansmålingen, den andre resistansmålingen, og målingen av referanseresistansen.

14. Anordningen i henhold til krav 13, hvor det insensitive referanseelementet inkluderer: et referanselag plassert på det støttende substratet; og et gassugjennomtrengelig lag plassert på i det minste en del av referanselaget for å hindre absorbering av den minst ene av kvikksølvgass eller det minst ene andre gasskjemikaliumet.

15. En metode for deteksjon av kvikksølvgass sombruker minst ett sensorlag som absorberer molekyler fra kvikksølvgass og minst et annet gasskjemikalium, hvor metoden omfatter: å ta i mot en første resistansmåling fra sensorlaget og en andre resistansmåling fra sensorlaget; og deteksjon av kvikksølvgass ved bruk av i det minste den første resistansmålingen og den andre resistansmålingen.

16. Metoden i henhold til krav 15, hvor deteksjonen av kvikksølvgassen omfatter å skille mellom kvikksølvgass og i det minste ett annet gasskjemikalium.

17. Metoden i henhold til krav 15, hvor det minst ene sensorlaget omfatter et første sensorlag og et andre sensorlag.

18. Metoden i henhold til krav 17, hvor det første sensorlaget og det andre sensorlaget formes fra forskjellige materialer og den første resistansmålingen er basert på resistansen innen det første sensorlaget og den andre resistansmålingen er basert på resistansen innen det andre sensorlaget.

19. Metoden i henhold til krav 17, som videre omfatter: oppvarming av det første sensorlaget til en første temperatur og det andre sensorlaget til en andre temperatur, hvor den første resistansmålingen er basert på resistansen innen det første sensorlaget ved den første temperaturen og den andre resistansmålingen er basert på resistansen innen det andre sensorlaget ved den andre temperaturen.

20. Metoden i henhold til krav 15, som videre omfatter: oppvarming av sensorlaget til en frigivelse stemperatur for kvikksølvgassen, hvor den første resistansmålingen er basert på resistans under frigivelsestemperaturen og den andre resistansmålingen er basert på resistans over frigivelsetemperaturen.

21. Metoden i henhold til krav 15, som videre omfatter: oppvarming av sensorlaget til en temperatur som er tilstrekkelig til å frigi kvikksølvgassen og det minst ene andre kjemikaliumet fra sensorlaget.

22. Metoden i henhold til krav 15, som videre omfatter: ta i mot en referanseresistansmåling fra et insensitivt referanseelement; skille mellom kvikksølvgass og det i det minste ene andre gasskjemikaliumet basert på i det minste den første resistansmålingen, den andre resistansmålingen og målingen av referanseresistansen.

23. Metode for deteksjon av kvikksølvgass som bruker minst ett sensorlag som absorberer molekyler fra kvikksølvgass og minst et annet gasskjemikalium, hvor metoden omfatter: ta i mot en første resistansmåling fra sensorlaget og en andre resistansmåling fra sensorlaget; deteksjon av kvikksølvgass ved bruk av i det minste den første resistansmålingen og den andre resistansmålingen; og oppvarming av sensorlaget.